标签: 静电整改

一、 ESD 静电整改 前现象描述 ： ​ 客户样机为立式柱体的蓝牙音箱，按键、功能指示灯、 USB 盘插口都设计在顶部，按照 ESD 静电（ IEC/EN61000-4-2标准），在工作模式下对 LED 指示灯实施空气 ± 8K 放电时，机器出现死机现象，重新开关机启动正常。 该蓝牙音箱的指示灯小板与主板分离，通过排线连接，指示灯负脚通过磁珠直接连到 MCU 内部。由此判断 ESD 静电是通过 LED 负脚走线进入 MCU ，从而干扰 MCU 正常工作，出现死机现象。 二、 ESD 静电整改方法： 在 LED 指示灯每个引脚走线和供电线串联磁珠的后面，对地并联 TVS 管（型号： ESD3V3D250TA ）如下图红色圆圈处 : 三、 ESD 静电整改后测试结果： 整改后，重新对 LED 指示灯进行空气 ± 8K 放电，音箱能正常工作，没有出现死机、复位等不正常现象。

一、 ESD 静电整改 前现象描述 ： ( 图片来源于网络 ) 客户样机为立式柱体的蓝牙音箱，按键、功能指示灯、 USB 盘插口都设计在顶部，按照 ESD 静电（ IEC/EN61000-4-2标准），在工作模式下对 LED 指示灯实施空气 ± 8K 放电时，机器出现死机现象，重新开关机启动正常。 该蓝牙音箱的指示灯小板与主板分离，通过排线连接，指示灯负脚通过磁珠直接连到 MCU 内部。由此判断 ESD 静电是通过 LED 负脚走线进入 MCU ，从而干扰 MCU 正常工作，出现死机现象。 二、 ESD 静电整改方法： 在 LED 指示灯每个引脚走线和供电线串联磁珠的后面，对地并联 TVS 管（型号： ESD3V3D250TA ）如下图红色圆圈处 : 三、 ESD 静电整改后测试结果： 整改后，重新对 LED 指示灯进行空气 ± 8K 放电，音箱能正常工作，没有出现死机、复位等不正常现象。

一、描述： 客户有一台 LENOVO 小雅音箱需要做 ESD 放电测试 ，按照客户的要求，此款音箱的最低标准是要能接受± 4KV 的接触放电，和± 8KV 的空气放电。但是在实际的测试中我们发现，此款样机的抗静电能力为± 1KV ，超过此电压测试的时候就会出现样机无法被平板识别 。由于产品还在开发状态不便公布其外观，下图为示意图： （图一） 二、 整改过程： （图二） 从图二中可以看出，工程师在 PCB 设计的时候已经将 ESD 元器件设计进去了，但是样机的抗静电能力还是这么差，说明 ESD 元器件并没有给静电提供一条更低的阻抗回路，使得静电并没有按照我们预期的路线泄放。 从图一中的结构中分析静电的泄放回路，当静电施加在转接口的时候，静电通过耦合的方式到线材上（ 5V,DEL,D+,D- ， GND ），在通过线材到 PCB 板上，最后通过 PCB 板与水平耦合板之间的分布电容泄放到耦合板上，再泄放到地。而我们整改 ESD 的基本思路就是改变静电的泄放路径，使得静电的泄放路径不包括敏感信号。 由分布电容的公式： C =S/d （其中 S 为分布电容的有效面积， d 为两几板间的距离）可知，通过改变分布电容的有效面积和两几板之间的距离是可以改变分布电容的容值的，从而使得回路的阻抗更低。但是由于结构的限制，我们怎么改变电容， MCU 始终都是在静电的泄放路径上，如图三中，紫色箭头为静电的泄放路径： （ 图三 ） 根据 ESD 的干扰原理，我们可知 ESD 干扰也是一种共模干扰，并且从样机表现出来的现象分析；一种是平板这边有信号发出，样机这边接受不到，一种是平板信号没有发出来。

一、 描述： 客户的样机是一台美容仪器，它可以检测人体皮肤的水分和油性，如果水分缺少，可以通过美容仪器给皮肤补水。按照客户的要求，对样机施加 ±4KV 的接触放电， ±8KV 的空气放电。实际测试时，发现对样机 USB 金属口 施加 ±4KV 的接触放电，样机出现关机，蓝牙掉线，再重新开机才能恢复其功能。这就不符合 IEC61000-4-2 B 类的标准。降低电压测试，发现对样机施加 ±1KV 的静电时，样机会出现类似的现象。 ​ 二、 整改过程： 根据其出现掉电的现象，这跟正常按按键关机的现象类似，所以首先考虑过在按键上对地并联 ASIM ESD （型号： ESD5D150TA ），测试的时候发现其现象并没有明显改善。再分析，排除了按键的干扰，因为按键是按一下，机器关机，再按一下机器开机。所以如果是 ESD 干扰到按键的话那现象应该是一下开机，一下关机；但是实际现象是机器关机后不会在开机， 与客户确认复位也可能导致出现这种现象，于是对机器的 RESET 对地并联 ASIM ESD （型号： ESD3V3D250TA ）并且串上 ASIM 磁珠（型号： CVB1005C152T ） , 再进行测试的时候样机能过 2KV ，但是过不了 3KV 。然后再个静电设置一个静电地，使得大部分的静电在流过 USB 金属口的时候通过静电地直接流到水平耦合板上泄放；并且将 USB 金属壳与 PCB 的 GND 用 ASIM 磁珠（型号： CVB1608C252T ）隔离 , 如下图： 再进行测试的时候，样机在进行 ± 4KV 的接触放电的时候，不出现异常，这就符合 EIC610000-4-2 的标准。 三、 整改心得： 本次整改的思路有用到 “堵”，“防”，“疏”。 USB 金属口用磁珠隔离为堵，信号线对地并联 ESD 为防，增加静电地为疏。

​ TF卡在很多便携式设备中，应用比较广泛，虽然其是金属外壳，但是由于没有外露，所以其在进行ESD测试的时候主要进行空气放电。 一、 整改前现象： 整改前在 TF卡的模式下，对TF卡端口进行8KV的空气放电，音箱会出现切换模式的状态，并且无法自己回连，这不符合 IEC/EN61000-4-2 标准的 B类要求。 二、 整改方法： ​一开始只对 TF卡与MCU相连的信号线对地并联 ASIM ESD （型号： CV0402VT6030T ） ,测试有明显改善，但还是不能达到标准。分析思路：既然信号线上已经并上了ESD保护器件，那排除静电是直接通过地串扰到信号线上。再分析原理图，知此TF卡还有几个悬空的引脚，那静电很可能的干扰途径是由地与悬空引脚之间的形成一个很高电位差，这个干扰很强的电压直接从这些引脚进一步干扰TF卡。 整改措施：用 ASIM ESD (型号： CV0402VT6030T ）把悬空的引脚与地串起来，如下图。使悬空的引脚与地之间的电位差在 TF卡承受的范围之内。在进行ESD测试 ​ ​ 三、 整改后测试结果： 在 TF卡模式下对TF卡端口进行8KV的空气放电，音箱正常工作，这就符合 IEC/EN61000-4-2 标准的 B类要求。 四、 ESD抗扰度测试实质 从 ESD测试配置描述可以看出，再进行ESD测试时，需要将静电枪的接地线接至参考接地板，EUT放置于参考接地板之上，静电枪放电枪头指向EUT中各种可能会被手触摸到的部位或水平耦合板和垂直耦合板，这就决定了ESD测试是一种以共模为主的抗扰度测试，因为ESD电流最终总要流向参考接地板。 五、 ESD脉冲波的分析： 从静电放电波形分析，其上升沿时间为 0.7ns到1ns，根据傅里叶变换可知其频谱宽度能达到300MHZ。ESD器件的响应时间一般为PS级别，所以用ESD器件去防护静电是一种有效的措施。 从静电的脉冲宽度看出，静电的脉冲持续时间很短，其能量比浪涌小很多，所以绝大多数的小功率的 ESD器件足以满足对其的泄放。 六、 ESD器件的使用方法： ESD器件其主要是并联在线路上，当静电事件发生的时候，ESD器件能够瞬间导通，给静电提供一条低阻抗的回路。这里需要注意几点： 一、 ESD器件的泄放地一定要完整，完整地的定义为长宽比小于3的（没有缝隙、没有开孔）二、ESD器件必须要放在信号线的主路上，不能放在支路上，不然会使得ESD器件的效果大大降低。 三、如果 ESD器件是放在高速信号上，一定要考虑ESD结电容对信号的影响程度，信号速率越高，对ESD器件的结电容大小要求越低（即信号速率越高，ESD结电容越低）。